智能泊車引導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).doc

智能泊車引導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 張璇王哲張思生潘李凡周強(qiáng)曾虹 杭州電子科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院浙江杭州310018 摘要:隨著居民生活水平的提高，私家車的數(shù)量劇增，停車難的問題日益突出。針對當(dāng)前停車難的問題，設(shè)計了一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的智能泊車引導(dǎo)系統(tǒng)。本項目采用無線射頻信號，實時檢測各停車場車位的使用情況，基于競爭調(diào)度的方式實現(xiàn)車輛有序泊車?；诙鄠鞲衅鲄f(xié)同作用的數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)通過Zigbee傳輸協(xié)議傳送到服務(wù)器端，服務(wù)器將數(shù)據(jù)傳送到客戶端。競爭機(jī)制采用預(yù)約、沖突檢測的方式；系統(tǒng)由傳感器檢測模塊、協(xié)調(diào)器、中央服務(wù)器以及智能設(shè)備終端構(gòu)成。系統(tǒng)實現(xiàn)實時監(jiān)控，智能調(diào)度的泊車引導(dǎo)。該文著重討論該方案的實現(xiàn)原理、關(guān)鍵技術(shù)等問題。 關(guān)鍵詞:多傳感器協(xié)同；zigbee傳輸協(xié)議；智能調(diào)度；實時監(jiān)控 0引言 隨著居民生活水平的提高，小轎車走進(jìn)了千家萬戶。私家車數(shù)量的劇增帶來了巨大的交通壓力，尤其是在大城市，停車問題更為突出。城市停車問題關(guān)乎居民的切身利益，經(jīng)常無目的地到處亂轉(zhuǎn)尋找停車位無疑會增加交通壓力、降低人們的生活品質(zhì)。智能泊車引導(dǎo)系統(tǒng)的關(guān)鍵在于高精度、高穩(wěn)定度、低復(fù)雜性的車位信息檢測。很多學(xué)者對該問題進(jìn)行了研究，并提出了一些解決的方案。其中，基于視頻技術(shù)的車位信息檢測裝置1-2能提供十分全面的信息，所以其應(yīng)用范圍比較廣泛，但在物體遮擋的情況下會失效；基于GPRS的車位信息檢測3-4適用于無線控制，但其成本較高，不適宜大范圍使用；而由李毅5提出的基于紅外傳感模塊的車位信息檢測，具備較好的檢測效果，但紅外模塊卻易受環(huán)境的影響。 對此，本系統(tǒng)的智能泊車系統(tǒng)，采用多傳感器協(xié)同工作，其中包括紅外傳感器、超聲波傳感器。多傳感器的協(xié)同，既提高了檢測的精度，又減輕了其受環(huán)境影響的程度。在數(shù)據(jù)傳輸方面采用無線Zigbee傳輸協(xié)議，實現(xiàn)低功耗、短距離無線傳輸。通過基于預(yù)約、搶占、沖突檢測、輪詢的競爭調(diào)度機(jī)制，實現(xiàn)快速、高效、有序泊車，智能調(diào)度。 1系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)分為三部分，分別為停車位數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸與控制以及數(shù)據(jù)可視化。停車場內(nèi)節(jié)點(diǎn)采集到的車位信息數(shù)據(jù)，經(jīng)過一跳或多跳傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器，通過GSM/GPRS接口以無線的方式接入Inter網(wǎng)絡(luò)，通過服務(wù)器端進(jìn)行分析，最終將停車場車位的使用情況以人性化的形式展現(xiàn)給用戶。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示。 其中，在數(shù)據(jù)采集方面，主要包括停車位監(jiān)測節(jié)點(diǎn)設(shè)計以及停車位數(shù)據(jù)校正。在停車位節(jié)點(diǎn)上，采用紅外線測距傳感器模塊與超聲波傳感器測距模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的采集，MSP430微控制器模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，在多傳感器協(xié)調(diào)作用下，得到一個較為精確的數(shù)據(jù)，通過GPRS將數(shù)據(jù)發(fā)送到協(xié)調(diào)器。 在數(shù)據(jù)傳輸上，采用Zigbee協(xié)議實現(xiàn)停車場內(nèi)數(shù)據(jù)無線傳輸后，協(xié)調(diào)器通過GSN/GPRS將數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)端服務(wù)器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和存儲，數(shù)據(jù)的管理以及數(shù)據(jù)的訪問等功能。數(shù)據(jù)可視化為提供良好的用戶體驗，為其提供最近停車場空閑泊位信息，幫助用戶更快、更方便找到停車泊位。 2系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計上主要包括硬件和軟件兩大部分。硬件部分主要指停車位監(jiān)測節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，軟件上主要實現(xiàn)最短路徑查找空閑停車泊位算法。2.1節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)關(guān)設(shè)計 其中，在監(jiān)測節(jié)點(diǎn)設(shè)計方面，主要包括Zigbee無線節(jié)點(diǎn)模塊、紅外傳感器模塊、串口通信電路模塊組成。節(jié)點(diǎn)采用測量精度高，抗干擾性強(qiáng)，低功耗的紅外線傳感器。 在外形設(shè)計上，考慮到路邊停車位邊上均有略高于停車位的人行通道，此外再借鑒咪表的外形設(shè)計，本系統(tǒng)采用柱形防水材料，易布置，易維護(hù)。針對節(jié)點(diǎn)的能量消耗問題，模塊加入了低功耗監(jiān)聽管理，讓節(jié)點(diǎn)定時處于休眠狀態(tài)，降低了停車位監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的功耗，延長工作周期。 除了設(shè)立終端節(jié)點(diǎn)外，還需設(shè)有網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，即協(xié)調(diào)器，該協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)收取一個大范圍區(qū)域內(nèi)的所有停車位節(jié)點(diǎn)發(fā)過來的數(shù)據(jù)。協(xié)調(diào)器主要完成數(shù)據(jù)匯聚轉(zhuǎn)發(fā)。考慮到GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、快速連接、永遠(yuǎn)在線、按流量計費(fèi)（在不發(fā)送字節(jié)時不收費(fèi)）等特點(diǎn)，本系統(tǒng)選擇GPRS作為協(xié)調(diào)器和服務(wù)器的無線數(shù)據(jù)傳輸。 匯聚網(wǎng)關(guān)設(shè)計的關(guān)鍵問題是處理速度，嵌入式處理器采用了高性能的S3C6410芯片，主頻800MHz，內(nèi)存達(dá)到256MB，采用容量大小為256MB的FLASH，提高系統(tǒng)的處理速度和增大存儲節(jié)點(diǎn)的信息量。嵌入式外圍設(shè)備主要采用了以太網(wǎng)卡，WIFI模塊等，提供有線和無線的通信方式。外接Zigbee無線節(jié)點(diǎn)連接在網(wǎng)關(guān)I/O系統(tǒng)的USB接口上，其功能是作為所管轄區(qū)域內(nèi)所有無線停車位監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的根節(jié)點(diǎn)，接收感知層發(fā)送的數(shù)據(jù)。 2.2空閑泊位最短路徑查找算法 系統(tǒng)根據(jù)用戶當(dāng)前位置，為其推薦最近最短空閑停車泊位，借助Dijkstra最短路徑算法為其進(jìn)行路徑規(guī)劃，把公路地圖模型化為一個圖：結(jié)點(diǎn)表示路口，邊表示連接兩個路口的公路，邊的權(quán)值表示公路的長度。系統(tǒng)算法設(shè)計的目標(biāo)是從起點(diǎn)出發(fā)找一條到達(dá)目標(biāo)停車場的最短路徑。所以，需要先對地圖上的用戶當(dāng)前的位置、目標(biāo)停車場和路徑進(jìn)行處理，抽離出其所對應(yīng)的有向加權(quán)圖G=(V,E)。在其上定義的加權(quán)函數(shù)w=ER為從邊到實型權(quán)值的映射。路徑p=(v0,v1,vk)的權(quán)是指其組成邊的所有權(quán)值之和： 3實驗結(jié)果 本系統(tǒng)采用多傳感器協(xié)同工作，其中包括紅外傳感器、超聲波傳感器。多傳感器的協(xié)同，既提高了檢測的精度，又減輕了其受環(huán)境影響的程度。其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖中：包含相對排布的紅外傳感器和超聲波傳感器。還有負(fù)責(zé)控制桿升降所使用的舵機(jī)。圖3展示了最短路徑查找空閑停車泊位的路徑推薦結(jié)果。 4總結(jié) 現(xiàn)在的停車場管理系統(tǒng)主要應(yīng)用在室內(nèi)的環(huán)境，用于統(tǒng)計停車場的空余車位數(shù)。但現(xiàn)有系統(tǒng)只能針對單個停車場進(jìn)行車位管理，大多采用較高成本的有線傳輸方式，同時無法為車主提供停車泊位最佳路徑推薦服務(wù)。針對這種情況，本系統(tǒng)實現(xiàn)多個停車場協(xié)同管理，并為用戶提供良好的空閑車位推薦，用戶只需使用手機(jī)就能查看周邊車位情況，獲得最近空閑停車泊位信息，簡化了尋找車位的過程，提高了車位的管理效率，有效的降低了交通阻塞或交通事故的可能性，同時具有一定的推廣價值。 參考文獻(xiàn) 1張文溥.視頻車輛檢測技術(shù)及發(fā)展趨勢J.中國人民公安大學(xué)學(xué)報,xx(1):91-94. 2陳琳.智能交通中視頻車輛檢測技術(shù)研究D.武漢:華中科技大學(xué),xx:47-57. 3楊文繼,陳恒,金偉.一種基于GPRS通信的車輛檢測器的設(shè)計與實現(xiàn)J.現(xiàn)代電子技術(shù),xx，34(15):164-166. 4易飛,余剛,何凌,等.GPRS網(wǎng)絡(luò)信令實例詳解M.北京:人民郵電出版社,xx. 5李毅.遠(yuǎn)紅外車輛檢測裝置的設(shè)計D.北京:北方工業(yè)大學(xué),xx:12-34. 基金項目 全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目,項目編號：GJxx10336005;浙江省大學(xué)生新苗